Wärmepumpen

Generell kann eine Wärmepumpe als ein Aggregat bezeichnet werden, das Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau aufnimmt und unter Hinzunahmen von Antriebsenergie (mechanische Energie oder höhere Temperaturen) Wärme auf einem höheren, nutzbaren Temperaturniveau abgibt. Damit eignet sich eine Wärmepumpe grundsätzlich für die Nutzung oberflächennaher Geothermie zu Heizzwecken; Wärme wird aus der Erde bei Temperaturen von etwa -5°C bis +10°C gewonnen und mit ca. 35-55°C an die Heizung abgegeben. Je niedriger dabei der Temperaturhub ist (z. B. 0°C auf 35°C), desto weniger Antriebsenergie wird benötigt, und desto besser ist die Energieeffizienz.

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Arbeitsprinzip von Wärmepumpen

Kompressionswärmepumpen

Das Schema einer Kompressions-Wärmepumpe zeigt Abb. 1. In der Praxis sieht der Arbeitsmittelkreislauf folgendermaßen aus: Durch Wärmezufuhr auf niedrigem Temperaturniveau wird ein Medium mit tiefem Siedepunkt („Kältemittel“, heute meist ozonunschädliche FKWs wie R407c oder natürliche Stoffe wie R290/Propan) verdampft, die gasförmige Phase dann in einem Kompressor verdichtet (in der Praxis bis >20 bar) und dadurch erhitzt. Unter hohem Druck stehend, gibt das Arbeitsmittel seine Wärme zur Nutzung ab (Heizungswasser, Luftstrom) und kondensiert dabei. Durch ein Drosselorgan (Kapillarrohr, Expansionsventil) tritt das Arbeitsmittel wieder in den Teilkreislauf mit geringem Druck ein und wird wiederum dem Verdampfer zugeführt.
Schema einer Kompressions-Wärmepumpe

Die Zahl zufriedener Wärmepumpen-Besitzer sowie die wachsenden Verkaufszahlen zeigen, dass Wärmepumpenheizungen eine technisch ausgereifte und wirtschaftlich sinnvolle Alternative darstellen.

Wichtig ist nicht nur die Leistungszahl der Wärmepumpe, sondern viele Komponenten in ihrer Gesamtheit beeinflussen die Wirtschaftlichkeit:

  • die Leistungszahl in Abhängigkeit von Temperatur, Volumenströmen und Temperaturspreizung
  • die Temperaturen der Wärmequelle und im Heizkreis
    (Diese Temperaturen werden durch Art und Größe des Erdabsorbers, dessen Verrohrung und Durchströmung sowie die Dimensionierung der Heizflächen beeinflusst.)
  • Geringer Druckverlust im Kondensator
    (Dadurch sinkt die notwendige Leistung der Soleumwälzpumpe.)

Entscheidend ist also vor allem die gesamte Systemkonfiguration. Erdabsorber und Fußbodenheizung müssen ausreichend dimensioniert werden, um auch einer späteren technischen Entwicklung stand zuhalten.

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